医用电子仪器41

一、心电图机二、脑电图机三、肌电图机第四章：生物电测量仪器第一节生物电位的基础知识•兴奋：活组织在刺激作用下发生的一种可以传播的、伴有特殊电现象并能引起某种效应的反应。一、静息电位内负外正极化状态1.细胞膜内外离子浓度的不同2.细胞膜对不同离子的选择通透性维持浓度差：主动转运（钠泵）二、动作电位去极化与复极化当给细胞一个电刺激，超过阈值电位的话，细胞膜对钠离子通透性突然增大，当其通透性超过钾离子通透性时，产生去极化。超射：钠离子平衡电位钠泵的作用动作电位的传输++++++－－－钠电流位移电流兴奋区未兴奋区－－－+++钾电流++－－+－复极区－－－未兴奋区++++++－－－钠电流位移电流兴奋区－－－+++钾电流++－－+－复极区－－－++++++++++－－－－－－－－－－动作电位传导特点•动作电位不会因为传导距离的增大而减弱。•兴奋在细胞上的传导不一定限于单方向。三生物电信号测量生理学基础－＋r电解液电偶极距夹角θ电位φ2cosrKE人体躯干组织相当于电解液，肢体相当于导线心肌是心肌纤维的集合体，心肌纤维中都有电偶层。心肌中兴奋的波前可看做是电偶层的集合。电偶层可以看做是信号源－－心电动势电偶层随兴奋波前的位置、方向、大小而不同，故可用向量表示－－心电向量。把某时刻心电向量相加得到瞬时综合向量把心电综合向量箭尾平移汇聚于一点，箭头连接起来，成为心电向量环。四人体电阻抗•人体的生物电阻抗的等效情况。•人体电阻抗大小。•不同频率的电流通过细胞的分量各不相同.•人体组织的阻抗值，表征人体各组织和器官的机能状态。第二节、心电图机•心电图：心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表的不同部位产生不同的电位。在体表放置两个电极，分别用导线连接到心电图机的两端，就会按心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，就是心电波形，简称心电图。一、心电图基础知识心电图是从体表记录的心脏电位变化（电偶极距）曲线，它反映出心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电位变化。心肌兴奋产生电流心电图心电图机组织传导电位变化最早始于英国的Waller(1887),他首次证实除了鸽子、青蛙的心脏外，人类心脏也存在生物电。继Waller之后，贡献最大的学者是荷兰莱顿大学的生理学教授爱因托芬（WilliamEinthoven,1860-1927）。由一系列特殊心脏细胞联结而成的传导系统窦房结房间束结间束房室结房室束左右房室束支蒲肯纤维网1、心电图产生机理心脏兴奋过程•正常情况下窦房结发出的兴奋通过结间束和心房肌传到左右心房和房室交界，然后由希氏束（房室束）传到左右束支，最后通过浦肯野氏纤维网，引起心室肌兴奋，心室肌将兴奋由内膜侧向外膜侧心室肌扩散，引起整个心室兴奋。•心电图反映的就是兴奋由心房到心室的传导的时间先后顺序及相应的兴奋强度•人类血液循环是封闭式的，由体循环和肺循环两条途径构成的双循环。血液由左心室射出经主动脉及其各级分支流到全身的毛细血管，在此与组织液进行物质交换，供给组织细胞氧和营养物质，运走二氧化碳和代谢产物，动脉血变为静脉血；再经各级表肪汇合成上、下腔静脉流回右心房，这一循环为体循环。血液由右心室射出经肺动脉流到肺毛细血管，在此与肺泡气进行气体交换，吸收氧并排出二氧化碳，静脉血变为动脉血；然后经肺静脉流回左心房，这一循环为肺循环。窦房结心室收缩浦肯纤维心室房室结左心房右心房左心房收缩右心房收缩左右分支房室束发出兴奋房间束结间束心脏传导途径窦房结发出兴奋，按照一定的途径和传导延迟，依次传向心房和心室，引起整个心脏兴奋.2、心电图的典型波形RPQSTU电压坐标时间坐标0.1mV0.04s正电压负电压电压灵敏度：10mm/mV,走纸速度：25mm/s0.2-0.10.5~1.5-0.20.1~0.50.12~0.2s0.06~0.1s0.12~0.16s0.04~0.8s0.4sP波由心房的激动所产生，前一半主要由右心房所产生，后一半主要由左心房所产生。正常P波的宽度不超过0.11s，最高幅度不超过2.5mm。心电图的典型波形意义P波QRS波群反映左、右心室的电激动过程，称QRS波群的宽度为QRS时限，代表全部心室肌激动过程所需要的时间，正常人最高不超过0.10s。心电图的典型波形意义P波QRS波群T波代表心室激动后复原时所产生的电位影响。在R波为主的心电图上，T波不应低于R波的1/10。心电图的典型波形意义P波QRS波群T波U波位于T波之后，可能是反映心肌激动后电位与时间的变化，人们对它的认识仍在探讨之中心电图的典型波形意义典型间期•（1）房室交界的传导速度最慢，冲动通过这一部位要延搁0.1S。房室交界是兴奋由心房进入心室的唯一通道，从心房到心室保持一定的传导延搁，使心房和心室不至于同时兴奋；当心房收缩时，心室仍处于舒张状态，这对于保证心脏按顺序激动和心室有足够的充盈时间。•（2）心房内和心室内兴奋传导的速度较快是保证兴奋几乎同时传到所有的心房肌和心室肌，从而使所有的心房肌和心室肌几乎同时发生收缩。•临床的各个科室•手术科室3.心电图的临床应用临床上为了统一和便于比较所获得的心电图波形，对描记的心电图的电极位置和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，人们将这种电极组和其联接到放大器的方式称为心电图导联.二.心电图导联系统标准十二导联系统标准十二导联系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ双极导联aVR、aVL、aVF加压单极肢体导联V1~V6单极导联需要10个电极：左臂、右臂、左腿、右腿及胸部6个电极。右腿电极一般作为参考电极，其余9个作为测量电极单极导联和双极导联•双极导联：用来测量两点间电位差的导联。•单极导联：探测心脏某一局部区域电位变化时，用一个电极安放在靠近心脏的胸壁上（叫作探查电极），另一个电极放置在远离心脏的肢体上（称为参考电极），探查电极所在部位电位的变化即为心脏局部电位的变化。使参考电极在测量中始终保持为零电位，称这种导联为单极肢体导联，简称为单极导联。标准导联的理论基础•爱因霍文三角学说理论基础1.体腔是容积导体，心脏电活动的电偶极距原点在中央。2.左肩、右肩和臀部构成等边三角形。四肢仅作为导体。电位等于与体腔连接处的电位。3.等边三角形中心点在电偶极距原点。VⅠ=VL-VRVⅡ=VF-VRVⅢ=VF-VLVⅡ=VⅠ+VⅢ右下肢始终接ACM输出端电极安放位置以及与放大器的连接方式导联放大器正极放大器负极Ⅰ左上肢（LA）右上肢（RA）Ⅱ左下肢（LL）右上肢（RA）Ⅲ左下肢（LL）左上肢（LA）标准导联连接方式单极导联理论基础•标准导联只能反映体表某两点的电位差，不能探测某一点的电位变化。•威尔逊于1940年提出，单极导联可以更准确地反映电极下局部心肌电位的变化情况。•威尔逊中心端：将左上肢、右上肢和左下肢的三个电位各通过相等的电阻连接到一点，其电位始终稳定，接近于零。威尔逊中心端•由威尔逊（Wilson）提出在三个肢体上各串联一只5kΩ的电阻（可在5～300kΩ之间选，称为平衡电阻），使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近，因而把它们连接起来获得一个接近零值的电极电位端，称它为Wilson中心电端.单极导联放大器负极始终与威尔逊中心电端连接。而正极分别连在右上肢、左上肢和左下肢测量电极分别连接在人体的左上肢、右上肢或者左下肢加压单极肢体导联•单极肢体导联的心电图波形振幅较小，不便于观测•Goldberger于1942年对威尔逊单极导联进行了改进，提出了加压单极肢体导联•将测量电极与中心电端相连接的高电阻断开，这样就可以使得心电图波形的振幅增加50%，这种导联方式就叫做加压单极肢体导联，分别用aVR、aVL和aVFaVR=3/2VRaVL=3/2VLaVF=3/2VF胸导联将威尔逊中心电端与放大器负极相连测量电极安放在胸前预订的六个位置滤波保护电路导联选择器前置放大器隔离电路电极1mV定标驱动放大器电源记录部分电源DC-DC三心电图机的基本结构输入部分放大部分电源部分导联线缓冲放大要求：5条时间常数中间放大隔离，滤波走纸电极与导联线（一）输入部分•包括从电极到导联线、导联选择器、输入保护及高频滤波器等。•1．导联线•由它将电极上获得的心电信号送到放大器的输入端。电极部位、电极符号及相连的导联线的颜色。•2．导联选择器•它的作用是将同时接触人体各部位的电极的导联线按需要切换组合成某一种导联方式。每切换一次导联都需按顺序进行，不能跳换。•3．输入保护及高频滤波器•使用心电图机时，既要保护病人安全，又要避免因病人进行除颤治疗或施行高频电刀手术而损坏同时使用的心电图机。（二）放大部分1．前置放大器•它是心电放大的第一级，因输入的心电信号很微弱，对前置放大器具体要求是：•低噪声、高输入阻抗、高抗干扰能力、低零点漂移、线性工作范围•2．1mV标准信号发生器•3．中间放大器•中间放大器在RC耦合电路之后，称为直流放大器。它不受极化电压的影响，增益可以较大，一般由多级直流电压放大器组成。•心电图机的一些辅助电路（如增益调节、闭锁电路、50Hz干扰和肌电干扰抑制电路等）都设置在这里。•4．功率放大器•功率放大器的作用是将中间放大器送来的心电信号电压进行功率放大，以便有足够的电流去推动记录器工作，把心电信号波形描记在记录纸上，获得所需的心电图。因此功率放大器亦称驱动放大器。•（三）记录器部分：•包括记录器、热描记器（简称热笔）及热笔温控电路。•（四）走纸传动机构•带动记录纸并使它沿着一个方向做匀速运动的机构称为走纸传动装置，它包括电机与减速装置及齿轮传动机构。•（五）电源部分•电源采用220V／110v交流市电经整流、滤波及稳压构成的稳定直流电源供电，或用于电池、蓄电池等直流电源供电。也有采用交直流两用方式供电的。为适应不同需要，电源部分还有充电及充电保护电路、蓄电池过放电保护电路、交流供电自动转换蓄电池供电电路及电池电压指示等。•输入阻抗•灵敏度•噪声•时间常数•线性误差•共模抑制比•阻尼•频率响应•走纸速度•绝缘性四.心电图机的主要性能参数1、输入阻抗•心电图机的输入电阻即为前置放大器的输入电阻，一般要求大于2MΩ•输入电阻愈大，因电极接触电阻不同而引起的波形失真越小，共模抑制比就越高2、灵敏度•心电图机的灵敏度时指输入1mV电压时，描笔偏转的幅度，通常用mm/mV表示，它反映了整机放大器放大倍数的大小。•一般将心电图机的灵敏度分为三挡（5mm/mV、10mm/mV、20mm/mV），且分挡可调3、噪声和漂移•噪声指的是心电图机内部元器件工作时，由于电子热运动等产生的噪声。•将其折合到输入端后大小不能超过10μV。国际上规定≤15μV。•漂移是指电压偏离起始点，而上下飘动缓慢变化。•检测方法导联开关切到test，灵敏度最大，记录笔迹应为一条直线。4、时间常数•若给RC串联电路接通直流电压E后，电容器的充电电流并不是一个常量，而是时间t的函数。表达式为：•式中：τ——时间常数；•ic(t)——t时刻电容两端的充电电流/)(tceREti•在直流输入时，心电图机描记出的信号幅度将随时间的增加而逐渐下降，输出幅度自100%下降到37%左右所需的时间•这个指标一般要求大于3.2s，若过小，幅值就下降过快，甚至会使输入信号为方波信号时输出信号变成尖峰波•检测方法：心电图机工作在标准灵敏度。导联选择开关置于“Test”位（lmV位），将描笔基线调置记录纸中心线上，走纸，按下1mV定标电压开关，直到记录笔回到记录纸中心线再松开，停止走纸。计算波幅从10mm下降到3.7mm时所经过的时间，就是该机的时间常数5、线性误差•线性好的心电图机，在输入信号幅度变化时，输出信号应与输入信号成正比变化。•当心电图机处于10mm/mV标准灵敏度情况时，给心电图机分别输入0.1mV，0.2mV，0.3mV，…，不同的幅值信号时，如果输出描记下来的信号高度分别为lmm，2mm，3mm，…，则说明心电图机线性好，线性误差为零6、阻尼•心电图机的阻尼是指抑制记录器产生自激振荡的能力，调节适当就可防止